UNIWERSYTET ZIELONOGÓRSKI
WYDZIAŁ INŻYNIERII LĄDOWEJ I ŚRODOWISKA
INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA
Zakład Technologii Wody, Ścieków i Odpadów
Ćwiczenia laboratoryjne
z Technologii Ścieków Przemysłowych
USUWANIE CHROMU
ZE ŚCIEKÓW
SIARCZANEM ŻELAZAWYM
1. CEL l ZAKRES ĆWICZENIA
Zasada usuwania chromu sześciowartościowego ze ścieków polega na jego redukcji do chromu trójwartościowego, a następnie w trąceniu tego ostatniego w postaci wodorotlenku w środowisku alkalicznym.
Chrom sześciowartościowym jest dość silnie trującym. Jego stężenie w wodach odbiornika w granicach 2-3 mgCr+6/dm3 jest już zabójcze dla organizmów wodnych. Dlatego przy odprowadzaniu ścieków chromowych do kanalizacji miejskiej stopień ich wstępnego podczyszczenia powinien być taki aby zawartość chromu w mieszaninie nie przekraczała 0,2 mg/dm3, natomiast przy odprowadzaniu ścieków do odbiornika dopuszczalna ilość chromu trójwartościowego wynosi 0,5 mg/dm3, a dopuszczalna ilość chromu sześciowartościowego wynosi 0,1 mg/dm3
Celem ćwiczenia jest dobór wielkości dawki siarczanu żelazawego i wartości odczynu dla uzyskania założonego efektu usuwania chromu ze ścieków.
Analizy pokontrolne przewidziane w ćwiczeniu obejmują oznaczenia :
- odczyn (pH),
- zawartość chromu ogólnego,
- zawartość chromu sześciowartościowego.
2. WYKONANIE ĆWICZENIA
Przed przystąpieniem do właściwego wykonywania ćwiczenia należy odznaczyć w badanych ściekach odczyn, zawartość chromu ogólnego i chromu sześciowartościowego. Z różnicy pomiędzy zawartością chromu ogólnego i chromu sześciowartościowego obliczyć ilość chromu trójwartościowego.
2.1. OBLICZANIE TEORETYCZNEJ DAWKI SIARCZANU ŻELAZAWEGO
Dawkę siarczanu żelazawego stosowanego w badaniach ustala się orientacyjnie w oparciu o zawartość chromu (VI) w ściekach surowych wg wzoru :
V1= [3,2 * V2 * C2] / C1 [dm3]
gdzie : V1 - dawka roztworu siarczanu żelazawego, dm3,
V2 - objętość próbki ścieków wziętej do badań, dm3,
C2 - zawartość chromu (VI) w ściekach surowych, mg Cr+6/dm3,
C1- zawartość żelaza (II) w roztworze siarczanu żelazawego, mg Fe+2/dm3.
2.2. USTALENIE OPTYMALNEJ DAWKI SIARCZANU ŻELAZAWEGO
6 lejów sedymentacyjnych napełnić badanymi ściekami i wlać do nich kolejno siarczan żelazawy w ilościach :
0, 5 V1, 0,75 V1, 1,O V1, 1,25 V1, 1, 5 V1, 2,0 V1
Zawartość lejów po dodaniu reduktora mieszać intensywnie w ciągu 1 minuty, a następnie dość wolno przez 10 min., po czym pozostawić ścieki do odstania. Po sedymentacji zanotować objętość osadu, który wydzieli się w dolnej części leja, a z górnej części zdekantować po ok. 0,5 dm3 sklarowanych ścieków i oznaczyć w nich :
- odczyn,
- zawartość chromu ogólnego,
- zawartość chromu sześciowartościowego
3. OPRACOWANIE SPRAWOZDANIA
Otrzymane wyniki należy zestawić w tabeli wg podanego wzoru. Sprawozdanie powinno zawierać krótką ocenę szkodliwego działania chromu na życie biologiczne odbiorników, opis przebiegu procesów usuwania chromu ze ścieków siarczanem żelazawym za pomocą reakcji chemicznych. Wykresy przedstawiające stopnie redukcji chromu ogólnego od pH ścieków i omówienie wyników. We wnioskach należy podać wielkość optymalnej dawki siarczanu żelazawego i optymalnego odczynu ścieków dla usuwania chromu ze ścieków z pomocą siarczanu żelazawego.
Tabela 1. Efekty usuwania chromu ze ścieków za pomocą siarczanu żelazawego
Oznaczenia |
Jednostki |
Ścieki Dawka FeSO4 w cm3 roztworu /dm3 surowe badanych ścieków |
||||
Odczyn |
- |
|
|
|
|
|
Chrom ogólny |
mgCr/dm3 |
|
|
|
|
|
Chrom*6 |
mgCr^/dm3 |
|
|
|
|
|
Chrom*3 |
mgCr^/dm3 |
|
|
|
|
|
Stopień redukcji chromu*6 |
% |
|
|
|
|
|
Objętość osadu |
cm3/dm3 |
|
|
|
|
|
OZNACZANIE CHROMU+6 W ŚCIEKACH SUROWYCH
Do kolby stożkowej pojemności 200 - 300 cm3 odmierzyć próbkę ścieków w ilości 50-100 cm3 dodać 1cm3 H2S04 (1+1) i 10 cm3 10% roztworu jodku potasowego. Próbkę pozostawić w ciemnym miejscu na 5 min. Wydzielony jod odmiareczkować wobec skrobi tiosiarczanem sodowym. Zawartość chromu wyliczyć wg wzoru :
X=(a*f*1000)/V [mg/dm3]
gdzie: a- ilość tiosiarczanu zużyta do miareczkowania, cm3,
f- współczynnik przeliczeniowy Na2SO4 na chrom (1cm3 0,01 n Na2SO4 odpowiada 0,173 mg Cr, 1cm3 0,25 n Na2SO4 odpowiada 0,432 mg Cr),
V - objętość próbki ścieków użytej do oznaczenia, cm3.
OZNACZANIE CHROMU OGÓLNEGO W ŚCIEKACH O MAŁEJ ZAWARTOŚCI
ŻELAZA - ścieki surowe
Do kolby stożkowej o pojemności 200 - 300 cm3 odmierzyć 50 - 100 cm3 ścieków dodać 2-3 krople H2S04 (1+1) i ogrzać do wrzenia. Do wrzącej cieczy dodać kroplami 4% roztwór KMn04 do momentu pojawienia się czerwonego zabarwienia nadmanganianu utrzymującego się przez 5 minut. Nadmiar KMn04 usunąć dodając kroplami 1% roztworu kwasu szczawiowego do zaniku barwy. Próbkę ostudzić. Po ostudzeniu dodawać 10% roztworu NaOH wobec fenoloftaleiny do uzyskania różowego zabarwienia próbki. Próbkę przesączyć w celu oddzielenia wydzielonego osadu. Osad przemyć wodą destylowaną (10 - 20 cm3).
Następnie do kolby stożkowej o pojemności 200-300cm3 odmierzyć próbkę przesączu w ilości 50-100 cm3 dodać 1cm3 H2S04 (1+1) i 10 cm3 10% roztworu jodku potasowego. Próbkę pozostawić w ciemnym miejscu na 5 min. Wydzielony jod odmiareczkować wobec skrobi tiosiarczanem sodowym. Zawartość chromu wyliczyć wg wzoru :
X=(a*f*1000)/V [mg/dm3]
gdzie: a- ilość tiosiarczanu zużyta do miareczkowania, cm3,
f- współczynnik przeliczeniowy Na2SO4 na chrom (1cm3 0,01 n Na2SO4 odpowiada 0,173 mg Cr, 1cm3 0,25 n Na2SO4 odpowiada 0,432 mg Cr),
V - objętość próbki ścieków użytej do oznaczenia, cm3.
OZNACZANIE CHROMU W ŚCIEKACH O DUŻEJ ZAWARTOŚCI ŻELAZA
-ścieki oczyszczone
W ściekach po procesie usuwania chromu związkami Fe+2 znajdują się oprócz innych takie jony jak Cr+3, Cr+6, Fe+2, Fe+3. Istota oznaczania chromu ogólnego polega na utlenieniu przy pomocy KMn04 w środowisku kwaśnym jonów Cr+3 do Cr+6 zgodnie z reakcją:
2Cr+3 + 2MnO4- + 3H2O → Cr2O7-2 + MnO2 + 6H4+
a następnie oznaczeniu jonów Cr+6 jodometrycznie. Utleniając Cr+3 do Cr+6 jednocześnie utlenione zostają obecne w roztworze jony Fe+2 zgodnie z reakcją:
3Fe+2 + Mn04- + 4H+ → 3Fe+3 + Mn02 + 2H2O
Jony Fe+3 przeszkadzają w oznaczeniu Cr+6 metodą jodometryczną ponieważ powodują utlenianie jonów J- do J2 zgodnie z reakcją :
2F+3 + 2J- → 2Fe+2 + J2
Stwarza to konieczność usuwania jonów żelazowych z próbki przed wykonaniem oznaczenia jonów Cr(VI). Jony Fe+3 usuwa się przez ich wytrącenie w środowisku alkalicznym w postaci trudno rozpuszczalnego osadu Fe(OH)3. Wytrącony osad oddziela się od roztworu przez sączenie, a następnie w przesączu oznacza się chrom (VI).
OZNACZANIE CHROMU 6-WARTOŚCIOWEGO
Odmierzyć 50-100cm3 ścieków dodać 1cm3 5% roztworu ZnS04, 2 krople fenoloftaleiny i kroplami 10% roztworu NaOH do lekko różowego zabarwienia. Próbkę wymieszać, a wytrącony osad odsączyć i przemyć wodą destylowaną (10-20 cm3).
Następnie do kolby stożkowej pojemności 200 - 300 cm3 odmierzyć próbkę przesączu w ilości 50-100 cm3 dodać l cm3 H2S04 (1 + 1) i 10 cm3 10% roztworu jodku potasowego. Próbkę pozostawić w ciemnym miejscu na 5 min. Wydzielony jod odmiareczkować wobec skrobi tiosiarczanem sodowym. Zawartość chromu wyliczyć wg wzoru :
X=(a*f*1000)/V [mg/dm3]
gdzie: a- ilość tiosiarczanu zużyta do miareczkowania, cm3,
f- współczynnik przeliczeniowy Na2SO4 na chrom (1cm3 0,01 n Na2SO4 odpowiada 0,173 mg Cr, 1cm3 0,25 n Na2SO4 odpowiada 0,432 mg Cr),
V - objętość próbki ścieków użytej do oznaczenia, cm3.
OZNACZANIE CHROMU OGÓLNEGO
Odmierzyć 50-100cm3 ścieków dodać 1cm3 5% roztworu ZnS04, 2 krople fenoloftaleiny i kroplami 10% roztworu NaOH do lekko różowego zabarwienia. Próbkę wymieszać, a wytrącony osad odsączyć i przemyć wodą destylowaną (10-20 cm3). Z próby odmierzyć 50 - 100 cm3 ścieków dodać 2 - 3 krople H2S04 (1+1) i ogrzać do wrzenia. Do wrzącej cieczy dodać kroplami 4% roztwór KMn04 do momentu pojawienia się czerwonego zabarwienia nadmanganianu utrzymującego się przez 5 min. Nadmiar KMn04 usunąć dodając kroplami 1% roztworu kwasu szczawiowego do zaniku barwy. Próbkę ostudzić. Po ostudzeniu dodawać 10% roztworu NaOH wobec fenoloftaleiny do uzyskania różowego zabarwienia próbki. Próbkę przesączyć w celu oddzielenia wydzielonego osadu. Osad przemyć woda destylowaną (10 - 20 cm3). Następnie do kolby stożkowej pojemności 200 - 300 cm3 odmierzyć próbkę przesączu w ilości 50-100 cm3 dodać l cm3 H2S04 (1+1) i 10 cm3 10% roztworu jodku potasowego. Próbkę pozostawić w ciemnym miejscu na 5 min. Wydzielony jod odmiareczkować wobec skrobi tiosiarczanem sodowym. Zawartość chromu wyliczyć wg wzoru :
X=(a*f*1000)/V [mg/dm3]
gdzie: a- ilość tiosiarczanu zużyta do miareczkowania, cm3,
f- współczynnik przeliczeniowy Na2SO4 na chrom (1cm3 0,01 n Na2SO4 odpowiada 0,173 mg Cr, 1cm3 0,25 n Na2SO4 odpowiada 0,432 mg Cr),
V - objętość próbki ścieków użytej do oznaczenia, cm3.
4
Usuwanie chromu ze ścieków siarczanem żelazawym